超声波测距及红外避障小车的设计

超声波测距及红外避障小车的设计

赵勇柳青张腾文

（沈阳理工大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110159）

摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。本小车将超声波测距和红外避障结合起来，增加了系统的可实现性。

关键词：超声波测距；红外避障；小车；设计

概论

在当今世界，复杂的环境不断对科技提出越来越高的要求，要求我们探寻更为合适的技术来适应复杂环境的变化。超声波测距因其可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面积大等优势被广泛应用；红外避障则是通过检测红外光遇到障碍物反射来感知障碍物的存在，反馈至控制器，单片机进行驱动报警以有效避障。本智能小车将超声波测距技术和红外避障技术相结合，为现代智能化生活中，非接触特殊环境下的探测及测距、安全保护、车载倒车等提供可靠、实时有效的保障。

1.功能需求

该超声波测距及红外避障小车将测距功能和避障功能相结合，在获得距离信息的基础上进行有效避障，并将距离显示在LCD1602液晶显示屏上，当距离小于一定数值时，小车将转向。小车使用电机进行驱动，采用AT89S52单片机作为核心控制器进行有效控制。

2.系统方案设计

本智能小车由超声波测距系统、温度补偿系统、摄像头传输系统、红外避障系统、WIFI系统、显示系统六部分组成。小车的运行由AT89S52芯片作为核心控制器，测距和红外避障由超声波传感器和红外传感器进行数据采集，显示系统部分由LCD1602液晶显示屏来完成，温度传感器采集外界环境温度进行温度补偿，摄像头和WIFI模块完成画面的传输和设备的控制，如图1所示。

图1系统硬件组成

3.系统模块设计

3.1超声波测距模块

本小车设计的测距系统采用脉冲回波法测距，以AT89S52芯片为核心，通过超声波传感器发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到返回波时就立即停止计时。如果设超声波的传播速度为计时器记录的时间为，可计算出发射距离障碍物面的距离，即

3.2温度补偿模块

温度补偿模块主要是对温度进行补偿，以减小测距误差。温度传感器主要运用的是DS18B20。每次温度测量前，首先会将温度寄存器和低温度系数振荡器预置-55℃所对应的基数值，而高温度系数振荡器会根据环境温度确定一个振荡周期。然后，低温度系数振荡器开始振荡，对应的计数器对振荡脉冲进行减计数，直到计数器中被预置的值减为0。此时，温度寄存器的值加1，而低温度系数振荡器的值重新被预置到-55℃所对应的基数值，如此重复直到高温度系数振荡器停振，此时，温度寄存器的值就是所要测的温度值。

3.3摄像头和WIFI模块

摄像头将道路实时画面传输到手机或PC等终端设备上，操作者可以直观地了解到道路信息。通过手机或PC上的WIFI与在小车上的WIFI模块相协同，可以在手机或PC端控制小车的前进、后退、拐弯等动作，该系统便于灵活控制小车动作、易于操作。

3.4红外避障模块

避障传感器利用物体的反射性质来实现避障功能。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，确认正前方有障碍物，并将信号传给单片机，单片机对信号进行系统的处理分析，从而协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。

3.5显示模块

将测得的温度和距离通过传感器送入到单片机中进行处理，将处理后的结果显示在液晶上，可以直观地读出温度和距离参数，使参数可视化，便于实时监测测距精度。

4.系统软件部分

本智能小车的软件程序主要包括超声波发送和接收程序、红外避障程序、温度传感器初始化模块程序、LCD显示程序、中断子处理程序等。当启动开关后首先进行单片机控制的初始化，再发送超声波，当超声波回馈时间过长于量程之外则不予显示，在判定在正常测量距离之内时在LED屏上显示数据。

5.结论

本文介绍了一种基于AT89S52单片机系统的超声波测距及红外避障小车的设计。该小车能实现对物体的可靠准确测距，并能有效避开障碍物；小车的运动可以通过手机或PC进行远程控制，这将扩展智能化小车的探测范围，为特殊领域的安防及无人区探测提供有效的途经。在满足现代化社会需求的前提下，设计充分体现了“以人为本”的理念，将智能化与现代化发展相结合，符合现代智能城市生活的发展趋势，具有广阔的应用前景和研究意义。

参考文献

[1]祁伟，刘克江.单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2017

[2]赵全利.单片机原理及应用技术:基于Keil与Proteus[M].北京:机械工业出版社，2017

[3]聂琼，严云炜，秦明明，刘涛.基于温度补偿的超声波精准测距智能车的设计[J].电子制作,2017(z1):11-13

基金项目：2016年沈阳理工大学大学生创新训练计划（项目编号：10300300194）